深入浅出处理器（上）_基本概念

专题1—深入浅出处理器

1.处理器基本概念

1.1处理器于微控制器的区别：

微控制器一般是指：CPU + 片内内存 + 片外外设
微处理器一般指单充的CPU
对于目前的嵌入式设备而言，通常使用的都是微控制器，或这称为SoC(system on chip),低成本、地功耗。对于软件工程师而言，微控制器和微处理器没有任何区别

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1.2什么是CPU？

CPU在固定频率的时钟控制下节奏运行。
CPU可以通过总线读取外部存储设备中的二进制指令集，然后解码执行。
这些可以被CPU解码执行的二进制指令集是CPU设计的时候确定的，是CPU的设计者（ARM公司等）定义的，本质上是一串由1和0组成的数字。这就是CPU的汇编指令集。
从源代码到CPU执行过程：

1.3寄存器的分类;

A.CPU寄存器
—CPU寄存器负责专有指令执行，数据运算，变量处理、参数传递
B.外设寄存器
—外设寄存器用于控制外设的行为和工作方式，配置值需要根据外设的芯片手册完成。
—外设寄存器是编程者控制硬件的关键，是留作外设被编程控制的“活动开关”，正如汇编指令集是CPU的编程接口API一样，寄存器是外设硬件的软件编程接口API。使用软件编程控制某一硬件，其实就是编程读写该硬件的寄存器。

1.4两个关键寄存器

对于CPU寄存器我们需要特别关注这两个寄存器
A.PC指针-程序计数器（指令指针IP）
之所以被称之为PC指针，是因为其指向的是即将执行的下一条指令（这里我们不考虑多级缓存的问题），类似于指针。每执行一条指令，PC的值就会发生相应的变化。
B.SP指针-栈指针
栈指针始终只想栈空间的顶部，实现LIFO特性
保存中断断点、函数调用的的返回值，保存CPU现场等
PC指针和SP指针的使用示例：最初PC指针指向mov 指令，进行下一次跳转（执行jmp）指令之前会进行现场保存，从SP指针所指的位置开始，将数据保存在栈空间，SP指针依次移动，这里还有一个BP指针（基址指针），用于保存上一次SP的值，则此时BP与SP之间保存的就是指令跳转前的现场，当函数返回，或者中断执行完毕后，就会从该段地址进行现场恢复，SP指针指向其原来的值。

1.5 IO操作

处理器的IO操作：
A.处理器与外设之间的数据通过IO操作完成
B.内存映射IO空间（内存与IO统一编址）
外设通过精密的硬件连接映射到处理器的地址空间
通过地址访问的方式与外设进行通信
C.独立IO映射（内存与IO独立编址）
a)独立于地址空间，无法通过地址访问外设
b)使用专用指令于外设进行通信
D.操作IO其实就是配置控制寄存器，对寄存器进行读写操作。

1.6地址映射

通过具体的硬件设计，可以使得地址总线上的值在某个范围内，片选信号为真，即：使能连接设备从而读取相应地址中的数据。
片选信号由地址线产生。

地址映射示例：
如下面的地址0XFFFF1234，这是一个32位地址，如何映射到只有16位的地址空间？？
通常的做法，使用高位地址通过&&运算产生一个片选信号，然后直接通过低位地址访问实际的内存空间。

1.7处理器启动过程

处理器上电之后，PC指针固话了一个默认值（通常是0），PC指针的默认值用于决定第一条执行的指令。然后接着执行后续的指令，整个过程如下图所示。

启动程序（BootLoader）:
BootLoader是系统上电后运行的第一个程序，通常用于启动操作系统。根据运行阶段，体积和功能的不同分为三个部分（通常的做法）：
BL0-固话于硬件之中，用于初始化最基本的硬件，并加载BL1；
BL1-存储于外部存储设备中，用于初始化主存，加载并运行BL2；
BL2-存储于外部设备中，用于引导和启动操作系统。
实例分析：
对于S3C6410，这款芯片，其启动过程的设计和我们上面所讲的完全相符
第一阶段：首先系统上电后会运行固化在IROM内部的BL0，这部分程序的工程完成最基本的初始化工作（关看门狗、初始化指令cache、初始化栈、堆，加载BL1到内部IRAM，跳转到BL1去执行）。
第二阶段：然后IRAM中的代码负责初始化内存（SDRAM）然后加载BL2到SRM中，并跳转到SRAM.
第三阶段：BL2在SDRAM中运行，然后加载OS到SDRAM并启动操作系统